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JP6731334B2 - Ultrasonic cleaner and automatic analyzer using the same - Google Patents
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Description

本発明は、血清や尿などのサンプルを分注するノズルを洗浄する超音波洗浄器、および超音波洗浄器を備え、サンプルと試薬を混ぜ合わせることで成分分析を行う自動分析装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ultrasonic cleaning device for cleaning a nozzle for dispensing a sample such as serum or urine, and an automatic analyzer for performing component analysis by mixing a sample with a reagent.

自動分析装置では、同一ノズルを繰り返し使用してサンプルを分注するため、別のサンプルを吸引する前にはノズル先端の洗浄を行う。ノズル先端の洗浄が不十分であると、前のサンプル成分を次のサンプルに持ち込み(キャリーオーバ)してしまい、測定精度が悪化する。しかしながら、高スループット性能の自動分析装置では高速に分注処理を行うため、ノズル洗浄に十分な時間を使えない。特許文献1では、ランジュバン振動子を洗浄槽の底部に備えた超音波洗浄器を用いて、液中に発生したキャビテーションでノズルの試料付着物を除去することが開示されている。 In the automatic analyzer, a sample is dispensed by repeatedly using the same nozzle, and therefore, the tip of the nozzle is washed before sucking another sample. If the nozzle tip is not sufficiently washed, the previous sample component is brought into the next sample (carry over), and the measurement accuracy deteriorates. However, since an automatic analyzer having a high throughput performance performs a dispensing process at a high speed, it is not possible to use a sufficient time for cleaning the nozzle. Patent Document 1 discloses that an ultrasonic cleaner equipped with a Langevin transducer at the bottom of a cleaning tank is used to remove sample deposits on a nozzle by cavitation generated in a liquid.

特開平4−169850号公報JP-A-4-169850

超音波を用いる洗浄器では、取れにくい汚れに対して超音波振動子の駆動周波数を低周波(20〜100kHz)に設定して使うことが多い。低周波での洗浄は、液中に発生するキャビテーション(液中に生じた圧力差で泡の発生と消滅が起きる現象)を利用している。しかし、キャビテーションは、液中に一様に発生するわけではなく、超音波強度の強弱によってキャビテーションの強度も変化する。超音波強度が強くなる領域は、駆動する周波数によって発生する間隔が異なり、液の音速(水では約1500m/s)を超音波振動子の駆動周波数で割った距離ごとにキャビテーションが強い領域ができる。例えば、50kHzで駆動したときには、1波長が30mm(λ)の定在波が生じ、その半波長である15mm(λ/2)間隔でキャビテーション強度が強い領域が生じる。また、超音波を発生する振動面付近もキャビテーション強度が強い領域となる。 In a cleaning device using ultrasonic waves, the drive frequency of the ultrasonic vibrator is often set to a low frequency (20 to 100 kHz) for dirt that is difficult to remove. Cleaning at low frequency uses cavitation generated in the liquid (a phenomenon in which bubbles are generated and disappeared due to a pressure difference generated in the liquid). However, the cavitation does not occur uniformly in the liquid, and the strength of the cavitation changes depending on the strength of the ultrasonic wave. In the region where the ultrasonic wave intensity is strong, the interval generated varies depending on the driving frequency, and there is a region where the cavitation is strong for each distance obtained by dividing the sound velocity of liquid (about 1500 m/s in water) by the driving frequency of the ultrasonic transducer. .. For example, when driven at 50 kHz, a standing wave with one wavelength of 30 mm (λ) is generated, and regions with strong cavitation strength are generated at intervals of 15 mm (λ/2) which is a half wavelength thereof. Further, the vicinity of the vibrating surface that generates ultrasonic waves is also a region where the cavitation strength is strong.

このため、特許文献1のようにランジュバン振動子を洗浄槽の下部に備えた超音波洗浄器では、キャビテーションの効果を得るため20〜100kHzで駆動すると、キャビテーションが強くなる領域は7.5mm(100kHz駆動)〜37.5mm(20kHz駆動)間隔で生じる。キャビテーション強度は、駆動源である振動子に近いほど強い。また、キャビテーションが強くなる領域の範囲は狭いため、ノズルの洗浄範囲は限定的となり洗浄ムラが発生しやすい。さらに、振動子を洗浄槽の下部に備える構造の超音波洗浄器は、ステンレス槽の底部を振動子で加振することで内部の液に超音波を発生するため、底部の面積が大きくなる。また、定在波を発生するには、最低でも7.5mm(λ/4)以上の液位が必要である。つまり、従来の超音波洗浄器は、底面積が大きく高さが必要であるため、定在波を発生して効果的な洗浄を行うために必要な洗浄液量が多くなる課題がある。特に、サンプルのキャリーオーバを問題とする装置においては、ノズル洗浄の度に洗浄液を交換してノズルにサンプルが再付着することを防ぐ必要があるため、少ない洗浄液量とすることが望まれる。 Therefore, in the ultrasonic cleaning device including the Langevin vibrator at the lower part of the cleaning tank as in Patent Document 1, when driving at 20 to 100 kHz to obtain the effect of cavitation, the region where cavitation becomes strong is 7.5 mm (100 kHz). Drive) to 37.5 mm (20 kHz drive) interval. The cavitation strength is stronger as it is closer to the drive source oscillator. Further, since the range of the region where cavitation is strong is narrow, the cleaning range of the nozzle is limited and cleaning unevenness is likely to occur. Further, in the ultrasonic cleaner having a structure in which the vibrator is provided in the lower portion of the cleaning tank, ultrasonic waves are generated in the liquid inside by vibrating the bottom of the stainless steel tank with the vibrator, so that the area of the bottom is increased. Further, in order to generate a standing wave, a liquid level of at least 7.5 mm (λ/4) is required. That is, since the conventional ultrasonic cleaner has a large bottom area and a high height, there is a problem that the amount of cleaning liquid required to generate a standing wave and perform effective cleaning is large. In particular, in an apparatus in which the carryover of a sample is a problem, it is necessary to replace the cleaning liquid every time the nozzle is cleaned to prevent the sample from reattaching to the nozzle. Therefore, a small amount of the cleaning liquid is desired.

このため、駆動周波数20〜100kHzの範囲で、ノズル先端(特に外周)を洗浄できる振動部の構成に加えて、低い液位においても液中に定在波を発生する洗浄槽を備えた超音波洗浄器、さらにこれを用いた自動分析装置を提供する。 For this reason, in addition to the configuration of the vibrating portion that can clean the nozzle tip (especially the outer circumference) in the drive frequency range of 20 to 100 kHz, ultrasonic waves including a cleaning tank that generates a standing wave in the liquid even at a low liquid level A washing machine and an automatic analyzer using the washing machine are provided.

第1の発明にかかる超音波洗浄器によれば、洗浄液をためる洗浄槽と、超音波振動子と、超音波振動子から洗浄槽に向けて延伸され、鉛直方向にその長手方向を有する円筒孔をその先端部に有する振動ヘッドと、洗浄槽の下に、少なくとも振動ヘッドを鉛直方向に投影した領域に設けられた空気層または金属部材とを有し、超音波振動子は、振動ヘッドが円筒孔の長手方向及び長手方向に垂直な方向の変形を伴う振動モードで共振振動する周波数で駆動され、洗浄槽の底部のうち、少なくとも振動ヘッドを鉛直方向に投影した領域は樹脂を主たる成分とする材料で作製されており、洗浄槽にためられる洗浄液の高さは、超音波振動子を駆動する周波数と音速とにより求められる波長の1/4よりも短くされる。 According to the ultrasonic cleaner of the first aspect of the present invention, the cleaning tank for accumulating the cleaning liquid, the ultrasonic vibrator, and the cylindrical hole extending from the ultrasonic vibrator toward the cleaning tank and having the longitudinal direction in the vertical direction. The ultrasonic vibrator has a cylindrical vibrating head, and an air layer or a metal member provided at least in a region where the vibrating head is vertically projected under the cleaning tank. It is driven at a frequency that resonates in a vibration mode involving deformation in the longitudinal direction of the hole and a direction perpendicular to the longitudinal direction, and at least the region of the bottom of the cleaning tank where the vibrating head is projected vertically has resin as the main component. The height of the cleaning liquid made of the material and stored in the cleaning tank is shorter than 1/4 of the wavelength required by the frequency for driving the ultrasonic transducer and the sound velocity.

第2の発明にかかる超音波洗浄器によれば、洗浄液をためる洗浄槽と、超音波振動子と、超音波振動子から洗浄槽に向けて延伸され、鉛直方向にその長手方向を有する円筒孔をその先端部に有する振動ヘッドとを有し、超音波振動子は、振動ヘッドが共振振動する周波数で駆動され、洗浄槽はその一部または全部が樹脂を主たる成分とする材料で作製されており、振動ヘッドが共振振動するときの振動ヘッドの変形方向に対して、樹脂を主たる成分とする材料で作製された洗浄槽部分を介して、振動ヘッドが共振振動することによって生じる超音波の振動の腹となる領域から超音波振動子を駆動する周波数と音速とにより求められる波長の1/4の整数倍の距離に空気層または金属部材を有する。 According to the ultrasonic cleaning device of the second invention, the cleaning tank for accumulating the cleaning liquid, the ultrasonic vibrator, and the cylindrical hole extending from the ultrasonic vibrator toward the cleaning tank and having the longitudinal direction in the vertical direction. The ultrasonic vibrator is driven at a frequency at which the vibrating head resonates and vibrates, and the cleaning tank is partially or wholly made of a resin-based material. Vibration of the ultrasonic wave generated by the resonant vibration of the vibrating head through the cleaning tank part made of a material whose main component is resin, in the deformation direction of the vibrating head when the vibrating head resonates and vibrates. An air layer or a metal member is provided at a distance that is an integral multiple of 1/4 of a wavelength obtained from the frequency for driving the ultrasonic transducer and the speed of sound from the antinode region.

また、第1の発明または第2の発明にかかる超音波洗浄器を搭載した自動分析装置である。 Further, it is an automatic analyzer equipped with the ultrasonic cleaner according to the first invention or the second invention.

第1の発明によれば、2次振動モードで共振振動する振動ヘッドのZ方向の振動を促進する機構を設けることで、洗浄液の量を減らしつつ、高い洗浄効果を実現する。 According to the first aspect of the present invention, by providing the mechanism for promoting the vibration in the Z direction of the vibrating head that resonates and vibrates in the secondary vibration mode, a high cleaning effect is realized while reducing the amount of cleaning liquid.

第2の発明によれば、振動ヘッドの共振振動時の振動負荷を低減することで、高い洗浄効果を実現する。 According to the second aspect of the present invention, a high cleaning effect is realized by reducing the vibration load at the time of resonance vibration of the vibrating head.

超音波洗浄器を備えた自動分析装置(上面図)である。It is an automatic analyzer (top view) equipped with an ultrasonic cleaner. 試薬分注機構の構成例である。It is a structural example of a reagent dispensing mechanism. サンプル分注機構の構成例である。It is a structural example of a sample dispensing mechanism. 制御部の構成例である。It is an example of composition of a control part. 超音波洗浄器の斜視図である。It is a perspective view of an ultrasonic cleaner. 超音波洗浄器の上面図である。It is a top view of an ultrasonic cleaner. A−A’に沿った超音波洗浄器の断面図である。It is sectional drawing of the ultrasonic cleaner along A-A'. 超音波振動子及び振動ヘッドの側面図である。It is a side view of an ultrasonic transducer and a vibrating head. 1次振動モードでの振動ヘッドの変形を示す図である。It is a figure which shows the deformation|transformation of the vibrating head in a primary vibration mode. 2次振動モードでの振動ヘッドの変形を示す図である。It is a figure which shows the deformation|transformation of the vibrating head in a secondary vibration mode. 振動ヘッドを取り付けた超音波振動子のインピーダンス波形である。It is an impedance waveform of the ultrasonic transducer which attached the vibrating head. 超音波洗浄器の振動ヘッドと洗浄槽の断面の模式図である。It is a schematic diagram of a cross section of a vibrating head of an ultrasonic cleaner and a cleaning tank. 定在波の発生条件を説明するための図である。It is a figure for explaining a generating condition of a standing wave. 洗浄槽の底に穴を設けた例である。This is an example in which a hole is provided at the bottom of the cleaning tank. 底部に斜面穴を設けた洗浄槽の斜視図である。It is a perspective view of the cleaning tank which provided the slope hole in the bottom part. 底部に斜面穴を設けた洗浄槽の上面図である。It is a top view of the cleaning tank which provided the slope hole in the bottom part. 底部に斜面穴を設けた洗浄槽のB−B’に沿った断面図である。It is sectional drawing which followed the B-B' of the washing tank which provided the slope hole in the bottom part. 洗浄槽の上面にカバーを設けた例である。This is an example in which a cover is provided on the upper surface of the cleaning tank. 超音波洗浄器の配管構成の一例である。It is an example of a piping configuration of an ultrasonic cleaner.

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1Aは本実施例に係る自動分析装置の構成を示す図である。自動分析装置10は、試薬容器11を複数搭載する試薬ディスク12と、試薬とサンプルとを反応セル25にて混ぜ合わせ、生じた反応を測定する反応ディスク13と、試薬の吸引や吐出を行う試薬分注機構14と、サンプルの吸引や吐出を行うサンプル分注機構15を有する。 FIG. 1A is a diagram showing the configuration of the automatic analyzer according to the present embodiment. The automatic analyzer 10 includes a reagent disk 12 in which a plurality of reagent containers 11 are mounted, a reaction disk 13 in which a reagent and a sample are mixed in a reaction cell 25, and the resulting reaction is measured, and a reagent for sucking and discharging the reagent. It has a dispensing mechanism 14 and a sample dispensing mechanism 15 for sucking and discharging a sample.

試薬分注機構14は試薬を分注するための試薬用ノズル21を備え(図1B)、サンプル分注機構15はサンプルを分注するためのサンプル用ノズル22を備える(図1C)。装置に投入されたサンプルは、サンプル容器(試験管)23に入れた状態で、ラック24に搭載されて搬送される。ラック24には複数のサンプル容器23が搭載される。なお、サンプルは血清や全血などの血液由来のサンプル、または尿などである。 The reagent dispensing mechanism 14 includes a reagent nozzle 21 for dispensing a reagent (FIG. 1B), and the sample dispensing mechanism 15 includes a sample nozzle 22 for dispensing a sample (FIG. 1C). The sample loaded into the apparatus is loaded in a rack 24 and transported while being placed in a sample container (test tube) 23. A plurality of sample containers 23 are mounted on the rack 24. The sample is a blood-derived sample such as serum or whole blood, or urine.

サンプル分注機構15は、サンプル容器23からサンプル吸引を行う吸引位置、セル25に吐出を行う吐出位置、超音波洗浄器26でノズル22の先端を洗浄する洗浄位置、および超音波洗浄器26で洗浄することにより洗浄液の付着したノズル22の先端を水で洗い流すために洗浄槽27へ、ノズル22を回転動作によって移動させる。さらに、サンプル分注機構15は、吸引位置、吐出位置、および洗浄位置ではサンプル容器23、反応セル25、超音波洗浄器26、洗浄槽27の高さにそれぞれ合わせて、ノズル22を下降させる。このような動作を行うため、サンプル分注機構15は、ノズル22を目的位置に移動させ、上下動させることが可能な構成になっている。本実施例ではサンプル分注機構15のノズル22を洗浄するために超音波洗浄器26を設けているが、さらに試薬分注機構14のノズル21を洗浄するために超音波洗浄器を設けてもよい。 The sample dispensing mechanism 15 includes a suction position for sucking the sample from the sample container 23, a discharge position for discharging the cell 25, a cleaning position for cleaning the tip of the nozzle 22 with the ultrasonic cleaner 26, and an ultrasonic cleaner 26. By cleaning, the nozzle 22 is moved to the cleaning tank 27 by a rotating operation in order to wash away the tip of the nozzle 22 to which the cleaning liquid is attached with water. Further, the sample dispensing mechanism 15 lowers the nozzle 22 according to the heights of the sample container 23, the reaction cell 25, the ultrasonic cleaner 26, and the cleaning tank 27 at the suction position, the discharge position, and the cleaning position, respectively. In order to perform such an operation, the sample dispensing mechanism 15 is configured to move the nozzle 22 to a target position and move it up and down. In this embodiment, the ultrasonic cleaner 26 is provided to clean the nozzle 22 of the sample dispensing mechanism 15, but an ultrasonic cleaner may be provided to clean the nozzle 21 of the reagent dispensing mechanism 14. Good.

自動分析装置10は、測定部29を有し、反応セル25内に収容されたサンプルと試薬との混合液を測光することで、サンプル内の所定成分の濃度などを分析する。測定部29は、例えば光源と光度計(吸光高度計や散乱高度計など)を有している。また、ノズルの移動やサンプルの吸引吐出制御、洗浄槽27への液供給の制御、超音波洗浄器26の駆動制御、その他各種機構の制御は制御部28により行われる。さらに、自動分析装置には装置を操作するための操作部(PCや制御基板など)や、検査技師がラック24を投入、回収するユニットを備える装置などがあるが、図1Aでは省略している。 The automatic analyzer 10 has a measurement unit 29, and measures the concentration of a predetermined component in the sample by measuring the liquid mixture of the sample and the reagent contained in the reaction cell 25. The measurement unit 29 has, for example, a light source and a photometer (such as an absorption altimeter or a scattering altimeter). The control unit 28 controls the movement of the nozzle, the suction/discharge control of the sample, the control of the liquid supply to the cleaning tank 27, the drive control of the ultrasonic cleaning device 26, and the control of various other mechanisms. Further, the automatic analyzer includes an operation unit (PC, control board, etc.) for operating the apparatus, and an apparatus including a unit for the inspection engineer to load and collect the rack 24, which are omitted in FIG. 1A. ..

図1Dは自動分析装置10の分注機構および洗浄器の制御部28の構成例である。自動分析装置10の操作画面には、装置操作・表示部600があり、検査を実行するための分析実行操作部601や超音波洗浄器26の状態を表示するための洗浄器状態表示部602を有する。装置の制御を行う制御部28は、装置操作・表示部600からの指令を上位通信処理部611から受け、装置シーケンス処理部612はシーケンスデータベース613のシーケンスデータを基に分注機構15や超音波洗浄器26の制御を実行する。 FIG. 1D is a configuration example of the dispensing mechanism of the automatic analyzer 10 and the controller 28 of the cleaning device. The operation screen of the automatic analyzer 10 includes a device operation/display unit 600, which includes an analysis execution operation unit 601 for executing an inspection and a washer state display unit 602 for displaying the state of the ultrasonic washer 26. Have. The control unit 28 for controlling the device receives a command from the device operation/display unit 600 from the higher-level communication processing unit 611, and the device sequence processing unit 612 uses the sequence data of the sequence database 613 to dispense the dispensing mechanism 15 and ultrasonic waves. The cleaning device 26 is controlled.

分注機構制御部614はモータ制御部615とモータ駆動部616を介して、分注機構15の回転や上下動作を行い、ノズル22を移動する。洗浄器制御部617は超音波制御部618を介して、超音波駆動部(圧電素子用アンプ)619を制御し、超音波洗浄器26に備えた超音波振動子205を駆動(超音波をON/OFF)する。なお、超音波振動子205の共振特性は、発熱によって変化するため、周波数調整部620により共振周波数の変化に合わせて駆動周波数を変化させる。 The dispensing mechanism control unit 614 rotates the dispensing mechanism 15 and moves up and down through the motor control unit 615 and the motor drive unit 616 to move the nozzle 22. The cleaning device control unit 617 controls the ultrasonic wave driving unit (amplifier for piezoelectric element) 619 via the ultrasonic wave control unit 618 to drive the ultrasonic vibrator 205 provided in the ultrasonic cleaning device 26 (turn on the ultrasonic wave. /OFF). Since the resonance characteristic of the ultrasonic transducer 205 changes due to heat generation, the frequency adjusting unit 620 changes the drive frequency according to the change in the resonance frequency.

さらに、洗浄器制御部617は、ポンプ制御部621に指示を送り、ポンプ駆動部622が超音波洗浄器26の洗浄槽につながるポンプを駆動し、洗浄液の交換等を制御する。 Further, the cleaning device control unit 617 sends an instruction to the pump control unit 621, and the pump drive unit 622 drives the pump connected to the cleaning tank of the ultrasonic cleaning device 26 to control the exchange of cleaning liquid and the like.

図2Aから図2Dを用いて超音波洗浄器26の構成例を説明する。図2Aは超音波洗浄器26の斜視図、図2Bは上面図、図2CはA−A’(図2B)に沿った断面図、図2Dは超音波振動子及び振動ヘッドの側面図である。 A configuration example of the ultrasonic cleaner 26 will be described with reference to FIGS. 2A to 2D. 2A is a perspective view of the ultrasonic cleaner 26, FIG. 2B is a top view, FIG. 2C is a cross-sectional view taken along line AA′ (FIG. 2B), and FIG. 2D is a side view of the ultrasonic transducer and the vibrating head. ..

超音波洗浄器26は、フロントマス201とバックマス202の間に1つ以上の圧電素子203を挟み、フロントマス201とバックマス202をボルト204で締結することで構成される超音波振動子(ボルト締めランジュバン振動子(BLT:Bolt-clamped Langevin Type Transducer))205、振動ヘッド209、洗浄液を貯水する洗浄槽206が設けられたベース部207を有する。ここでは、超音波振動子205のボルト204の軸方向をX方向、ベース部207の上面(水平面)においてX方向と垂直な方向をY方向、水平面に垂直な方向、すなわち鉛直方向をZ方向と定義している。 The ultrasonic cleaner 26 includes one or more piezoelectric elements 203 sandwiched between the front mass 201 and the back mass 202, and the ultrasonic vibrator configured by fastening the front mass 201 and the back mass 202 with bolts 204 ( The base unit 207 is provided with a bolt-clamped Langevin Type Transducer (BLT) 205, a vibrating head 209, and a cleaning tank 206 for storing cleaning liquid. Here, the axial direction of the bolt 204 of the ultrasonic transducer 205 is the X direction, the direction perpendicular to the X direction on the upper surface (horizontal plane) of the base portion 207 is the Y direction, and the direction perpendicular to the horizontal plane, that is, the vertical direction is the Z direction. It is defined.

超音波振動子205はフランジ部208を備え、ベース部207に固定されている。図ではフランジ部208の下側でベース部207に固定しているが、フランジ部208の上側にもフランジを固定する部材を設け、当該部材とベース部207とを接続することにより、フランジ部208の全周を均等に固定することが望ましい。また、フランジ部208とベース部207とが接する部分にはフランジ部208やベース部207の磨耗や騒音を防止するためにゴムなどを入れても良い。 The ultrasonic transducer 205 includes a flange portion 208 and is fixed to the base portion 207. In the figure, the flange portion 208 is fixed to the base portion 207 below, but a flange fixing member is also provided above the flange portion 208, and the flange portion 208 is connected by connecting the member and the base portion 207. It is desirable to evenly fix the entire circumference of. Further, rubber or the like may be put in a portion where the flange portion 208 and the base portion 207 are in contact with each other in order to prevent wear and noise of the flange portion 208 and the base portion 207.

超音波振動子205のフロントマス側の先端に洗浄槽206に向けて延伸される振動ヘッド209を有する。振動ヘッド209の先端部210は円筒形状であり、洗浄槽206とは接しない位置で洗浄槽206に溜められた洗浄液に浸かる位置にくるように調整される。円筒形状の振動ヘッド先端部210には、ノズル22の先端外径よりも大きい円筒孔211が設けられている。なお、フロントマス201と振動ヘッド209とは別々に作製してボルト等で固定してもよいし、一体で作製してもよい。また、洗浄槽206には洗浄液を供給する配管212が設けられ、一定量の洗浄液を供給することで洗浄槽206内にある洗浄液をオーバーフローさせることにより置換することができる。すなわち、洗浄液供給配管212から供給された洗浄液は、洗浄槽206の側壁の上端からあふれて、洗浄槽206の外周にある液受け213に流れ、排水路214から排出されることにより、洗浄槽206内の洗浄液の高さ(液位)は、洗浄液を供給するたびに一定となる。 A vibration head 209 extending toward the cleaning tank 206 is provided at the tip of the ultrasonic vibrator 205 on the front mass side. The tip portion 210 of the vibrating head 209 has a cylindrical shape, and is adjusted so as to come to a position where it does not contact the cleaning tank 206 and is immersed in the cleaning liquid stored in the cleaning tank 206. The cylindrical vibrating head tip portion 210 is provided with a cylindrical hole 211 having a diameter larger than the tip outer diameter of the nozzle 22. The front mass 201 and the vibrating head 209 may be separately manufactured and fixed with bolts or the like, or may be integrally manufactured. Further, the cleaning tank 206 is provided with a pipe 212 for supplying the cleaning liquid, and by supplying a fixed amount of the cleaning liquid, the cleaning liquid in the cleaning tank 206 can be replaced by overflowing. That is, the cleaning liquid supplied from the cleaning liquid supply pipe 212 overflows from the upper end of the side wall of the cleaning tank 206, flows into the liquid receiver 213 on the outer periphery of the cleaning tank 206, and is discharged from the drainage path 214, whereby the cleaning tank 206. The height (liquid level) of the inside cleaning liquid becomes constant every time the cleaning liquid is supplied.

装置のスループットを低下させないため、洗浄液の交換は短時間で行う必要があるが、洗浄液の供給速度が速いと洗浄液が噴出し、超音波洗浄器26の周囲に飛び散る可能性がある。洗浄液供給配管212を振動ヘッド先端部210の下部に位置させることにより、洗浄液の供給速度が速い場合でも、供給された洗浄液が振動ヘッド先端部210に当たることで、洗浄槽206内の流速を抑えて液の飛び散りを防止する。逆に、洗浄液を洗浄槽206の上方(すなわち、液面より上)から供給した場合は、空気が混ざり洗浄液が泡立つため、洗浄槽206内で液を供給することが望ましい。また、洗浄槽206の側壁に配管212を設け、振動ヘッド先端部210に洗浄液をあてるように供給すると、下部に位置させたのと同様の効果が得られる一方、振動ヘッド先端部210からフロントマス201側に向けて洗浄液が押し上げられることで、洗浄液の成分がフロントマス201と振動ヘッド209の連結部に溜まり、汚れの原因となるおそれがある。そのため、洗浄液の供給においては、図2に示すように振動ヘッド先端部210の下部からの供給が望ましい。ただし、洗浄液ではなく、水のように付着や飛散を問題としない液体であれば、洗浄槽206上方や側壁からの供給であっても問題ない。特に、振動ヘッド209をメンテナンスのため洗浄する場合に、側面に洗浄液供給配管212とは別に配管を設け、水を供給することは有効である。かかる構成については図9を用いて後述する。 Although it is necessary to exchange the cleaning liquid in a short time in order not to reduce the throughput of the apparatus, if the cleaning liquid is supplied at a high speed, the cleaning liquid may be jetted and scattered around the ultrasonic cleaning device 26. By positioning the cleaning liquid supply pipe 212 below the vibrating head tip 210, the supplied cleaning liquid hits the vibrating head tip 210 even when the cleaning liquid is supplied at a high speed, thereby suppressing the flow velocity in the cleaning tank 206. Prevents liquid from splashing. On the contrary, when the cleaning liquid is supplied from above the cleaning tank 206 (that is, above the liquid surface), the air mixes and the cleaning liquid foams. Therefore, it is desirable to supply the liquid in the cleaning tank 206. Further, when the pipe 212 is provided on the side wall of the cleaning tank 206 and the cleaning liquid is supplied so as to be applied to the vibrating head tip portion 210, the same effect as when the vibrating head tip portion 210 is positioned can be obtained, while the vibrating head tip portion 210 can be used for the front mass. When the cleaning liquid is pushed up toward the 201 side, the components of the cleaning liquid may be collected in the connecting portion between the front mass 201 and the vibrating head 209, which may cause contamination. Therefore, in supplying the cleaning liquid, it is desirable to supply the cleaning liquid from the lower portion of the vibrating head tip portion 210 as shown in FIG. However, if it is not a cleaning liquid but a liquid such as water that does not cause a problem of adhesion or scattering, it may be supplied from above the cleaning tank 206 or from the side wall. In particular, when cleaning the vibrating head 209 for maintenance, it is effective to provide a pipe separately from the cleaning liquid supply pipe 212 on the side surface to supply water. Such a configuration will be described later with reference to FIG.

なお、図では洗浄槽206の全周に接するように液受け213を設けた例を示しているが、本実施例では洗浄槽206に溜める洗浄液を少なくできるため、洗浄液の交換はその分短時間で行うことが可能である。このため、洗浄槽206の側壁の一部に切り欠き部を設け、高さを低くした側壁からのみ洗浄液を流出させるようにし、液受け213を洗浄槽206の全周ではなく、切り欠き部のある側壁部分に接する形状とすることで、その大きさを縮小することも可能である。これにより、超音波洗浄器26のベース部207を小さくできる効果がある。 Although the drawing shows an example in which the liquid receiver 213 is provided so as to come into contact with the entire circumference of the cleaning tank 206, in this embodiment, since the cleaning liquid accumulated in the cleaning tank 206 can be reduced, the replacement of the cleaning liquid can be shortened accordingly. Can be done in. For this reason, a notch is provided in a part of the side wall of the cleaning tank 206 so that the cleaning liquid flows out only from the side wall having a reduced height. It is also possible to reduce the size by forming the shape in contact with a certain side wall portion. This has the effect of making the base portion 207 of the ultrasonic cleaner 26 smaller.

図示しないが、金属ブロック(201・202)と圧電素子203の間及び複数の圧電素子203の間には電極(例えば銅板)が挟まれており、これら電極に対して所定の周波数の正弦波電圧を印加することで、ボルト204の軸方向に超音波振動子205が駆動される。特に、フロントマス201の形状をホーン形状(圧電素子203側と振動ヘッド側とで径を変化させる形状)とすることで、圧電素子203の発生する振幅を増幅できることが知られており、ホーンの長さや形状を駆動したい周波数に合わせて設計することで、少ない電力で大振幅が得られる。図ではコニカルホーン形状を示しているが、他の形状(エクスポネンシャルホーンなど)でも問題ない。 Although not shown, an electrode (for example, a copper plate) is sandwiched between the metal block (201/202) and the piezoelectric element 203 and between the plurality of piezoelectric elements 203, and a sine wave voltage having a predetermined frequency is applied to these electrodes. Is applied, the ultrasonic transducer 205 is driven in the axial direction of the bolt 204. In particular, it is known that the amplitude generated by the piezoelectric element 203 can be amplified by making the shape of the front mass 201 into a horn shape (a shape in which the diameter is changed between the piezoelectric element 203 side and the vibrating head side). By designing the length and shape according to the frequency to be driven, a large amplitude can be obtained with less power. Although a conical horn shape is shown in the figure, other shapes (exponential horn, etc.) are also acceptable.

さらに、ホーン形状のフロントマス201の先端に細長い振動ヘッド209を設け、超音波振動子205の振動に同期して共振させることにより、振動ヘッド先端部210において大変位を発生させることができる。これにより、超音波振動子205に印加する電気エネルギーを効率的に振動ヘッド先端部210の振動(運動エネルギー)に変換することができる。 Further, by providing an elongated vibrating head 209 at the tip of the horn-shaped front mass 201 and resonating in synchronization with the vibration of the ultrasonic transducer 205, a large displacement can be generated at the vibrating head tip 210. As a result, the electric energy applied to the ultrasonic transducer 205 can be efficiently converted into vibration (kinetic energy) of the vibrating head tip 210.

超音波洗浄器26でノズル22を洗浄するときには、所定の低周波数で圧電素子203を駆動し、振動ヘッド先端部210の円筒孔211にノズル22を洗浄範囲(ノズル22の先端から5mm程度の範囲)が浸かるように挿入し、一定時間洗浄液に浸漬しておくことにより、ノズル22の外周部に着いた汚れをキャビテーションによって除去する。洗浄後は、ノズル22を超音波洗浄器26から引き抜き、洗浄槽206の洗浄液をオーバーフローにより交換することで、次にノズル22を洗浄するときには新しい洗浄液で洗浄することができ、キャリーオーバを抑えることができる。これらの制御は、制御部28により、所定の装置シーケンスにしたがって実行される。 When cleaning the nozzle 22 with the ultrasonic cleaner 26, the piezoelectric element 203 is driven at a predetermined low frequency, and the nozzle 22 is cleaned in the cylindrical hole 211 of the vibrating head tip 210 (a range of about 5 mm from the tip of the nozzle 22). ) Is soaked and immersed in the cleaning liquid for a certain period of time to remove the dirt adhering to the outer peripheral portion of the nozzle 22 by cavitation. After cleaning, the nozzle 22 is pulled out from the ultrasonic cleaner 26, and the cleaning liquid in the cleaning tank 206 is replaced by an overflow, so that the next cleaning of the nozzle 22 can be performed with a new cleaning liquid, and carry-over is suppressed. You can These controls are executed by the control unit 28 according to a predetermined device sequence.

このように、振動ヘッド先端部210の円筒孔211とその周囲に洗浄液があれば洗浄できるため、使用する洗浄液量を減らすことができる。例えば外径1.0mm以下の細いノズルであれば0.5mL以下の洗浄液量でも洗浄可能であり、洗浄器のサイズも小型化できる。なお、洗浄槽206に洗浄液として水を供給して使用してもキャビテーションによる高い洗浄効果が得られるため、目標とする洗浄効果によっては水を使用してもよい。 In this way, since the cleaning liquid can be cleaned if the cleaning liquid is present in the cylindrical hole 211 of the vibrating head tip 210 and its surroundings, the amount of the cleaning liquid used can be reduced. For example, with a thin nozzle having an outer diameter of 1.0 mm or less, cleaning can be performed with a cleaning liquid amount of 0.5 mL or less, and the size of the cleaning device can be reduced. Even if water is supplied to the cleaning tank 206 as a cleaning liquid and used, a high cleaning effect due to cavitation can be obtained. Therefore, water may be used depending on the target cleaning effect.

超音波洗浄器26は、洗浄液中にキャビテーションを発生させるのに適した20〜100kHzの周波数で圧電素子203を駆動し、洗浄槽206内の振動ヘッド209を共振させ、その大変位の振動(周波数は駆動周波数と同じ)により超音波振動を発生させる。これにより、振動ヘッド209の周囲、特に振動の腹(最も振幅が大きくなる部分)を中心にキャビテーションが発生する。開放端である振動ヘッド先端部210は振動の腹となるので、円筒孔211内に発生するキャビテーションにより、ノズル22先端を集中的に洗浄する。 The ultrasonic cleaner 26 drives the piezoelectric element 203 at a frequency of 20 to 100 kHz suitable for generating cavitation in the cleaning liquid, resonates the vibrating head 209 in the cleaning tank 206, and vibrates the large displacement (frequency). Is the same as the driving frequency) and generates ultrasonic vibration. As a result, cavitation occurs around the vibrating head 209, particularly around the antinode of vibration (the portion where the amplitude is greatest). Since the vibrating head tip 210, which is the open end, serves as an antinode of vibration, the tip of the nozzle 22 is intensively washed by the cavitation generated in the cylindrical hole 211.

図3A〜Cを用いて、振動ヘッド209の振動について説明する。振動ヘッド209は共振振動にともなう変形の仕方によって複数の振動モードを有する。図3Aに振動ヘッド209の1次振動モードの変形、図3Bに振動ヘッド209の2次振動モードの変形、図3Cに振動ヘッドを取り付けた超音波振動子のインピーダンス波形を示す。 The vibration of the vibrating head 209 will be described with reference to FIGS. The vibrating head 209 has a plurality of vibration modes depending on how it is deformed due to resonance vibration. 3A shows the deformation of the vibrating head 209 in the primary vibration mode, FIG. 3B shows the deformation of the vibrating head 209 in the secondary vibration mode, and FIG. 3C shows the impedance waveform of the ultrasonic transducer to which the vibrating head is attached.

振動ヘッド209の共振周波数は複数あり、共振時、それぞれで異なった変形が生じる。図3Aは1次振動モードであり、振動ヘッド先端部210がX方向に振れる振動モードである。図3Bは2次振動モードであり、振動ヘッド先端部210がX方向に振れるとともに、振動ヘッド先端部210の中間に振動の節(最も振動が小さくなる部分)ができて、鉛直方向(Z方向)に振れる振動モードである。なお、図では振動モードの違いを分かりやすくするため、変形を誇張して示している。 There are a plurality of resonance frequencies of the vibrating head 209, and different deformations occur at the time of resonance. FIG. 3A shows a first-order vibration mode, in which the vibrating head tip 210 shakes in the X direction. FIG. 3B shows the secondary vibration mode, in which the vibrating head tip portion 210 swings in the X direction, and a vibration node (a portion where the vibration is minimized) is formed in the middle of the vibrating head tip portion 210, and the vertical direction (Z direction). ) Is a vibration mode. In the figure, the deformation is exaggerated in order to make it easier to understand the difference between the vibration modes.

図3Cは横軸に周波数、縦軸にインピーダンスを示した図である。振動ヘッド209の共振点410と超音波振動子205の共振点411(超音波振動子205がボルト204の軸方向に伸縮するモード)とが示されている。共振点410は、1次振動モードの共振点であっても、2次振動モードの共振点であってもよいが、洗浄に使用する振動モードであり、その共振周波数がキャビテーションを発生しやすい20〜100kHzの範囲に存在する必要がある。さらに、共振点410と共振点411とが近接し、これらの差の絶対値が10kHz以下となるように、振動ヘッド209と超音波振動子205とを設計することが望ましい。共振点を近づけることにより、その相互作用により効率よく電気エネルギーを振動ヘッド先端部210の振動に変換することができるためである。 FIG. 3C is a diagram showing frequency on the horizontal axis and impedance on the vertical axis. A resonance point 410 of the vibrating head 209 and a resonance point 411 of the ultrasonic transducer 205 (a mode in which the ultrasonic transducer 205 expands and contracts in the axial direction of the bolt 204) are shown. The resonance point 410 may be a resonance point of the primary vibration mode or a resonance point of the secondary vibration mode, but it is a vibration mode used for cleaning, and its resonance frequency easily causes cavitation. Must be in the range -100 kHz. Further, it is desirable to design the vibrating head 209 and the ultrasonic transducer 205 so that the resonance point 410 and the resonance point 411 are close to each other and the absolute value of the difference between them is 10 kHz or less. This is because, by bringing the resonance points close to each other, the electric energy can be efficiently converted into the vibration of the vibrating head tip portion 210 by the interaction thereof.

図4は本実施例の超音波洗浄器の振動ヘッド209と洗浄槽206の断面の模式図である。振動ヘッド209は2次振動モードの共振点で振動させるものとし、X方向の振動とZ方向の振動とを併せ持つ。先に述べたように、振動ヘッド先端部210は洗浄槽206内の洗浄液中に位置され、ノズル22を円筒孔211に挿入してノズル22の洗浄を行う。これにより、円筒孔211の内壁近傍で発生するキャビテーションによりノズル22の洗浄を行う。ここで振動ヘッド209が超音波振動すると、振動ヘッド209の周囲に液のせり上がり310が発生し、部分的に洗浄槽206の淵よりも高い水位になる。そのため、円筒孔211の位置が、振動ヘッド209の首(振動ヘッド209のうち、フロントマス201と振動ヘッド先端部210との間にあるZ方向に延びる部分)に近い位置にあると、洗浄時にノズル22が洗浄液につかる範囲が広がり、例えば設定した範囲5mmに対して7mmまで濡れる。洗浄液として水以外を使用している場合には、洗浄液を落とすためノズル22の洗浄部分に対して水洗浄を行う必要があるが、この水洗浄の工程で洗浄範囲を拡大する必要が出てくる。洗浄範囲を拡大すると、スループットが低下したり、ノズル22に水が残りやすくなりサンプルを薄めたりする問題がある。このため、ヘッド先端長さ220は、液のせり上がり310にノズル22が接触しない程度に円筒孔211の位置が振動ヘッド209の首から離れる長さとすることが望ましい。 FIG. 4 is a schematic view of a cross section of the vibration head 209 and the cleaning tank 206 of the ultrasonic cleaning device of this embodiment. The vibrating head 209 vibrates at the resonance point of the secondary vibration mode, and has both X-direction vibration and Z-direction vibration. As described above, the vibrating head tip 210 is located in the cleaning liquid in the cleaning tank 206, and the nozzle 22 is inserted into the cylindrical hole 211 to clean the nozzle 22. As a result, the nozzle 22 is cleaned by the cavitation generated near the inner wall of the cylindrical hole 211. When the vibrating head 209 vibrates ultrasonically, liquid rises 310 around the vibrating head 209, and the water level is partially higher than the edge of the cleaning tank 206. Therefore, if the position of the cylindrical hole 211 is close to the neck of the vibrating head 209 (the portion of the vibrating head 209 that extends in the Z direction between the front mass 201 and the vibrating head tip portion 210), during cleaning. The range in which the nozzle 22 is exposed to the cleaning liquid expands, and for example, the set range of 5 mm wets up to 7 mm. When other than water is used as the cleaning liquid, it is necessary to perform water cleaning on the cleaning portion of the nozzle 22 in order to drop the cleaning liquid, but it is necessary to expand the cleaning range in this water cleaning process. .. When the washing range is expanded, there are problems that the throughput is lowered and water easily remains in the nozzle 22 and the sample is diluted. Therefore, it is preferable that the head tip length 220 is set such that the position of the cylindrical hole 211 is separated from the neck of the vibrating head 209 so that the nozzle 22 does not come into contact with the liquid rising 310.

さらに、本実施例においては、洗浄槽206を洗浄液中で発生される超音波を透過することができる材質(例えば樹脂)で作製し、洗浄槽206の下に空気を貯めるためのエアータンク301を介してベース部207に固定されている。洗浄槽206は全体を樹脂で作製してもよく、一部でもよいが、少なくとも洗浄槽206の底部のうち、振動ヘッド先端部210を鉛直方向に投影した領域は樹脂で作製される。同様に、エアータンク301も少なくとも振動ヘッド先端部210を鉛直方向に投影した領域を覆うように設けられる。ただし、先に述べたように洗浄液は洗浄槽206の下から供給することが望ましいので、図4では洗浄槽206の底部には洗浄液を供給する管302と洗浄液供給配管212とが設けられている。そのため、管302の周囲を囲むように、洗浄槽206の底の樹脂、エアータンク301を配置している。すなわち、洗浄液等を洗浄槽206の底面から供給しない洗浄器においては、洗浄槽206の下にこのような穴をあける必要はない。また、洗浄槽206全体を樹脂で作製する場合、ベース部207と一体成型して作製してもよい。このように作製することで、製造コストを低下させることができる。 Further, in this embodiment, the cleaning tank 206 is made of a material (for example, resin) capable of transmitting ultrasonic waves generated in the cleaning liquid, and an air tank 301 for storing air is provided below the cleaning tank 206. It is fixed to the base portion 207 via the. The cleaning tank 206 may be entirely made of resin or a part thereof, but at least a region of the bottom of the cleaning tank 206 where the vibrating head tip 210 is projected in the vertical direction is made of resin. Similarly, the air tank 301 is also provided so as to cover at least the region where the vibrating head tip 210 is projected in the vertical direction. However, as described above, it is desirable that the cleaning liquid is supplied from below the cleaning tank 206, and therefore, in FIG. 4, a pipe 302 for supplying the cleaning liquid and a cleaning liquid supply pipe 212 are provided at the bottom of the cleaning tank 206. .. Therefore, the resin at the bottom of the cleaning tank 206 and the air tank 301 are arranged so as to surround the pipe 302. That is, in a cleaning device that does not supply a cleaning liquid or the like from the bottom surface of the cleaning tank 206, it is not necessary to make such a hole under the cleaning tank 206. When the entire cleaning tank 206 is made of resin, it may be integrally molded with the base portion 207. By manufacturing in this way, manufacturing cost can be reduced.

洗浄槽206にためられる洗浄液の高さをLaと定義する。洗浄槽206には洗浄液をオーバーフローして供給するため、洗浄槽206の側壁の上端まで液が貯められる。したがって、洗浄槽にためられる洗浄液の高さLaは、洗浄槽の底面から液受けに接する洗浄槽の側壁(部分または全周)の上端までの高さとなる。また、洗浄槽206で発生された超音波を透過することができる材質でできた洗浄槽206の底部の厚さをLbで定義すると、液面からエアータンク301までの長さLはLa+Lbである。 The height of the cleaning liquid stored in the cleaning tank 206 is defined as La. Since the cleaning liquid overflows and is supplied to the cleaning tank 206, the liquid is stored up to the upper end of the side wall of the cleaning tank 206. Therefore, the height La of the cleaning liquid stored in the cleaning tank is the height from the bottom surface of the cleaning tank to the upper end of the side wall (partial or entire circumference) of the cleaning tank in contact with the liquid receiver. If the thickness of the bottom of the cleaning tank 206 made of a material that can transmit the ultrasonic waves generated in the cleaning tank 206 is defined as Lb, the length L from the liquid surface to the air tank 301 is La+Lb. ..

振動ヘッド先端部210の振動によって洗浄液中には超音波が発生するが、エアータンク301を設けたことにより、Z方向の振動より発生した超音波はZ方向に進行するが、Lが所定の条件を満たすとき、液面とエアータンク301の空気層とで反射を繰り返すことにより、洗浄槽206内のZ方向に定在波を発生する。Z方向に定在波が発生する図4に示した構造の樹脂製の洗浄槽Aとエアータンク301を設けない樹脂製の洗浄槽Bとについて振動ヘッド209の振動振幅を比較したところ、洗浄槽Aの方が振動ヘッド209の振動振幅が大きくなった。また、洗浄槽Aと洗浄槽Bにおいて、同形状の振動ヘッド209を用いて洗浄効果を比較した結果も、洗浄槽Aを用いた方が高い洗浄効果が得られた。 Ultrasonic waves are generated in the cleaning liquid due to the vibration of the vibrating head tip portion 210. By providing the air tank 301, the ultrasonic waves generated by the vibration in the Z direction travel in the Z direction, but L is a predetermined condition. When the above condition is satisfied, a standing wave is generated in the Z direction within the cleaning tank 206 by repeating reflection on the liquid surface and the air layer of the air tank 301. The vibration amplitude of the vibrating head 209 was compared between the resin cleaning tank A having the structure shown in FIG. 4 in which the standing wave is generated in the Z direction and the resin cleaning tank B without the air tank 301. In A, the vibration amplitude of the vibrating head 209 was larger. Further, as a result of comparing the cleaning effect between the cleaning tank A and the cleaning tank B by using the vibration head 209 having the same shape, the cleaning effect obtained by using the cleaning tank A was higher.

この結果は次のような理由によるものと考えられる。洗浄液は粘性をもち、洗浄液は振動ヘッドの振動に対する振動負荷となる。本実施例のように円筒孔211の内壁近傍で発生するキャビテーションによりノズル22の洗浄を行う場合、キャビテーションの発生に寄与するのは主にX方向の振動である。しかしながら、2次振動モードでは、振動ヘッド209はX方向の振動のみならず、Z方向の振動も発生した状態で共振している。ここで、Z方向の振動が洗浄液によって振動が抑制される状態にあるとX方向の振動についても抑制されてしまう。洗浄槽206内のZ方向に定在波が生じさせることにより、振動ヘッド先端部210のZ方向の振動に対して振動負荷を軽減し、Z方向の振動が大きくなるとともに、X方向の振動も、定在波が生じていない場合より増幅される。 This result is considered to be due to the following reasons. The cleaning liquid has viscosity, and the cleaning liquid becomes a vibration load against the vibration of the vibrating head. When the nozzle 22 is cleaned by the cavitation generated in the vicinity of the inner wall of the cylindrical hole 211 as in the present embodiment, it is mainly the vibration in the X direction that contributes to the generation of the cavitation. However, in the secondary vibration mode, the vibrating head 209 resonates not only in the X direction but also in the Z direction. When the vibration in the Z direction is suppressed by the cleaning liquid, the vibration in the X direction is also suppressed. By generating a standing wave in the Z direction in the cleaning tank 206, the vibration load is reduced with respect to the vibration of the vibrating head tip portion 210 in the Z direction, the vibration in the Z direction becomes large, and the vibration in the X direction also occurs. , More amplified than when no standing wave is generated.

図5を用いて定在波の発生条件を説明する。図5の縦軸は波の振幅、横軸は液面からの深さを示している。また、波形401は液体中を進行する場合の波形、波形402は樹脂中を進行する場合の波形である。定在波の発生条件は、L=(λ/4)×n(λ:超音波の1波長、n:整数)である。また、超音波の波長は超音波が進行する媒体によって異なり、液体での波長をλa、樹脂(洗浄槽206の底面とエアータンク301との間)での波長をλbとする。さらに、液体および樹脂での波長は、材質によって定まる音速(水は約1500m/s、樹脂は種類によるが約2000m/s)を駆動周波数で割った値となる。 The conditions for generating a standing wave will be described with reference to FIG. The vertical axis of FIG. 5 represents the amplitude of the wave, and the horizontal axis represents the depth from the liquid surface. Further, the waveform 401 is a waveform when traveling in the liquid, and the waveform 402 is a waveform when traveling in the resin. The condition for generating the standing wave is L=(λ/4)×n (λ: 1 wavelength of ultrasonic wave, n: integer). The wavelength of the ultrasonic wave varies depending on the medium in which the ultrasonic wave travels, and the wavelength of the liquid is λa and the wavelength of the resin (between the bottom surface of the cleaning tank 206 and the air tank 301) is λb. Further, the wavelength of liquid and resin is a value obtained by dividing the sound velocity determined by the material (about 1500 m/s for water, about 2000 m/s for resin depending on the type) by the driving frequency.

定在波を発生させるには(n=1とする)、波が深さLaまでは波形401により、深さLaからL(=La+Lb)までは波形402で進行するように、Lbの長さを設定すればよい。すなわち、深さLaまでに超音波の1/4波長の比率αだけ進行したとすると、
La=α×(λa/4)
Lb=(1−α)×(λb/4)
と表せる。よって、Lbの最小距離は、Lb=(1−La/(λa/4))×(λb/4) によって求められる。L=La+Lbであるので、定在波が発生する条件は洗浄槽206の底面からエアータンク301までの距離Lbによって調整可能である。そのため、洗浄槽の底部を加振して液位を調整して定在波を発生する場合に比べ、Lbの高さ分の液量を減らすことができる。すなわち、少ない液量でノズル22を強力に洗浄することが可能になる。λ等の値は温度変化によって変動するものであり、設計値としてのL=(λ/4)×nからずれが生じることもあるが、定在波発生条件に近い条件が満たされている限り、高い洗浄効果が得られる。
In order to generate a standing wave (n=1), the waveform 401 is used up to the depth La and the waveform 402 is used from the depth La to L (=La+Lb). Just set the length. That is, if the ultrasonic wave travels up to the depth La by the ratio α of the quarter wavelength of the ultrasonic wave,
La=α×(λa/4)
Lb=(1-α)×(λb/4)
Can be expressed as Therefore, the minimum distance of Lb is calculated by Lb=(1-La/(λa/4))×(λb/4). Since L=La+Lb, the condition that the standing wave is generated can be adjusted by the distance Lb from the bottom surface of the cleaning tank 206 to the air tank 301. Therefore, the amount of liquid corresponding to the height of Lb can be reduced as compared with the case where a standing wave is generated by vibrating the bottom of the cleaning tank to adjust the liquid level. That is, the nozzle 22 can be strongly washed with a small amount of liquid. The values of λ and the like vary depending on the temperature change and may deviate from the design value of L=(λ/4)×n, but as long as the conditions close to the standing wave generation conditions are satisfied. A high cleaning effect can be obtained.

なお、樹脂には主たる成分が樹脂であればよく、例えば構造強化のためのグラスファイバーといった樹脂以外の素材が混合されていてもよい。また、超音波の反射材としてエアータンク301の空気層とした例を示したが、超音波を反射する金属(例えば鉄やステンレス材など)をエアータンク301の位置に埋め込むことで同様の効果を得ることができる。すなわち洗浄槽206の底部の材料の反射率は、空気や金属のような反射材の反射率よりも低くなければならず、かつ損失を抑えるためには、洗浄槽206の底部の材料の反射率は低いほどよく、反射材の反射率は高いほどよい。 It should be noted that the resin may be a resin whose main component is a resin, and may be mixed with a material other than the resin, such as glass fiber for structural reinforcement. Also, an example in which the air layer of the air tank 301 is used as the ultrasonic wave reflecting material has been shown, but the same effect can be obtained by embedding a metal that reflects ultrasonic waves (for example, iron or stainless steel material) in the position of the air tank 301. Obtainable. That is, the reflectance of the material at the bottom of the cleaning tank 206 must be lower than the reflectance of a reflective material such as air or metal, and in order to suppress the loss, the reflectance of the material at the bottom of the cleaning tank 206. The lower the better, the better, and the higher the reflectance of the reflector, the better.

液体(水)と異なる媒体との反射率は、
反射率r=(X−Y)/(X+Y)
X:水の音響インピーダンス、Y:媒体(例えば、樹脂、金属)の音響インピーダンス
で表せる。また、音響インピーダンスは媒体の密度と音速の積である。すなわち、反射率は音響インピーダンスの差が大きいほど境界面での反射は大きくなるので、使用する材料の指標として当該材料間の音響インピーダンス比を用いることができる。水の音響インピーダンスXは約1.5×106kg/m2sである。樹脂はその組成によって音響インピーダンスは異なるが、およそ3×106kg/m2s程度であり、水の音響インピーダンスとは同じオーダーであり、利用しやすい材料である。反射材としては、音響インピーダンスの極めて小さい空気のような気体(約430kg/m2s)は特に適しているが、金属材料を用いても、その音響インピーダンス(およそ4×107kg/m2s)が樹脂の音響インピーダンスよりも1桁以上大きいため利用可能である。
The reflectance between liquid (water) and a different medium is
Reflectance r=(X−Y) 2 /(X+Y) 2
It can be represented by X: acoustic impedance of water, and Y: acoustic impedance of a medium (for example, resin or metal). The acoustic impedance is the product of the density of the medium and the speed of sound. That is, as the reflectance increases, the reflection at the boundary surface increases as the difference in acoustic impedance increases, so that the acoustic impedance ratio between the materials can be used as an index of the material used. The acoustic impedance X of water is about 1.5×10 6 kg/m 2 s. Although the acoustic impedance of resin varies depending on its composition, it is approximately 3×10 6 kg/m 2 s, which is on the same order as the acoustic impedance of water, and is a material that is easy to use. A gas such as air (about 430 kg/m 2 s), which has an extremely low acoustic impedance, is particularly suitable as a reflector, but even if a metal material is used, its acoustic impedance (about 4 × 10 7 kg/m 2 s) Since s) is larger than the acoustic impedance of resin by one digit or more, it can be used.

また、同様に簡単な指標として音速を用いることもできる。この場合、水の音速が約1500m/sに対し、樹脂の音速は2000〜3000m/sであり、2倍以内とする。これに対して、空気の音速が約330m/s、金属の音速が5000m/s以上であり、例えば樹脂の音速よりも2倍以上の音速となる金属を選択すればよい。 Similarly, the speed of sound can be used as a simple index. In this case, the speed of sound of water is approximately 1500 m/s, whereas the speed of sound of resin is 2000 to 3000 m/s, which is less than double. On the other hand, it is possible to select a metal in which the speed of sound of air is about 330 m/s and the speed of sound of metal is 5000 m/s or more, which is, for example, twice or more the speed of sound of resin.

なお、図4ではZ方向の振動負荷を低減する例を示したが、X方向の振動負荷を低減するように構成することも可能である。すなわち、振動ヘッド209を1次振動モードで動作させる場合には、振動ヘッド209は専らX方向に振動するため、このような場合には、X方向に定在波が生じるように洗浄槽を設計することで、X方向に振動を増幅することができる。この場合は、図4のエアータンク301は不要となり、エアータンク301が果たしていた反射材としての機能は洗浄槽側壁の外側、すなわち液受け213部分の空気層が果たすことになる。また、この場合の洗浄液の長さLa’は振動ヘッド209の端面から洗浄槽206の側面(洗浄水側)であり、洗浄槽206の側壁の厚みLb’として、
L’=La’+Lb’=(λ/4)×n(λ:超音波の1波長、n:整数)
とすることで、X方向の振動の振動負荷を減らし、X方向の振動を増幅することができる。
Although FIG. 4 shows an example in which the vibration load in the Z direction is reduced, it is also possible to reduce the vibration load in the X direction. That is, when the vibrating head 209 is operated in the primary vibration mode, the vibrating head 209 vibrates exclusively in the X direction. In such a case, the cleaning tank is designed so that a standing wave is generated in the X direction. By doing so, the vibration can be amplified in the X direction. In this case, the air tank 301 of FIG. 4 is not necessary, and the function of the air tank 301 as a reflecting material is fulfilled by the outside of the side wall of the cleaning tank, that is, the air layer of the liquid receiver 213. Further, the length La′ of the cleaning liquid in this case is from the end surface of the vibrating head 209 to the side surface (cleaning water side) of the cleaning tank 206, and is defined as the thickness Lb′ of the side wall of the cleaning tank 206.
L′=La′+Lb′=(λ/4)×n (λ: 1 wavelength of ultrasonic wave, n: integer)
Thus, the vibration load of the vibration in the X direction can be reduced and the vibration in the X direction can be amplified.

このように、本実施例では振動ヘッドが共振振動するときの振動ヘッドの変形方向に対して、樹脂を主たる成分とする材料で作製された洗浄槽部分を介して、振動ヘッドが共振振動することによって生じる超音波の振動の腹となる領域から超音波振動子を駆動する周波数と音速とにより求められる波長の1/4の整数倍の距離に空気層または金属部材を設けることで、当該方向の振動負荷を軽減し、高い洗浄効果を得るものである。 As described above, in this embodiment, the vibrating head resonates and vibrates through the cleaning tank portion made of a material having a resin as a main component with respect to the deformation direction of the vibrating head when the vibrating head resonates and vibrates. By providing an air layer or a metal member at a distance that is an integral multiple of 1/4 of the wavelength obtained by the frequency for driving the ultrasonic transducer and the speed of sound from the region that is the antinode of the vibration of the ultrasonic wave generated by The vibration load is reduced and a high cleaning effect is obtained.

本実施例で対象としたノズル22の先端径は0.5〜1.5mmと細く、円筒孔211の直径は2〜4mmが適しており、洗浄範囲はノズル22の先端4mmとすると洗浄槽206の内側の高さ(液位La)は6mm程度であり、50kHzで駆動する場合、洗浄槽206の底面からエアータンク301までの厚さLbはおよそ2mmとなる。先に述べたように定在波の発生条件はL=(λ/4)×nであるから、nを大きく取れば2mmより長い定在波を発生させるLbの長さを取りうる。しかしながら、洗浄槽206中を超音波が伝播する距離が長くなると洗浄槽206の底部の材質中を超音波が伝播した時の発熱による損失が発生しやすくなるため、反射される超音波の強度は弱まる。このため、Lbは短い値で設定することが望ましい。すなわち、n=1とすることが望ましい。 The tip diameter of the nozzle 22 targeted in the present embodiment is as thin as 0.5 to 1.5 mm, the diameter of the cylindrical hole 211 is preferably 2 to 4 mm, and the washing range is 4 mm. The inner height (liquid level La) is about 6 mm, and when driven at 50 kHz, the thickness Lb from the bottom surface of the cleaning tank 206 to the air tank 301 is about 2 mm. As described above, the condition for generating the standing wave is L=(λ/4)×n. Therefore, if n is set to a large value, the length of Lb for generating the standing wave longer than 2 mm can be taken. However, when the distance that the ultrasonic waves propagate in the cleaning tank 206 becomes long, loss due to heat generation when the ultrasonic waves propagate through the bottom material of the cleaning tank 206 is likely to occur, and therefore the intensity of the reflected ultrasonic waves is Weaken. Therefore, it is desirable to set Lb to a short value. That is, it is desirable that n=1.

図6は本実施例の超音波洗浄器の洗浄槽に穴を設けた例である。自動分析装置10に搭載する超音波洗浄器26は、ノズル22を洗浄するたびに洗浄液を交換する必要があるため、洗浄液の消費量を抑えるためには少ない洗浄液で洗浄することが望ましい。そこで、洗浄槽206の底に穴320を設け、穴320の内部でノズル22を上下動作可能とすることで、さらに少ない液位においても目標のノズル洗浄範囲を洗浄することが可能である。 FIG. 6 shows an example in which holes are provided in the cleaning tank of the ultrasonic cleaning device of this embodiment. Since the ultrasonic cleaning device 26 mounted on the automatic analyzer 10 needs to replace the cleaning liquid each time the nozzle 22 is cleaned, it is desirable to perform cleaning with a small amount of cleaning liquid in order to suppress the consumption of the cleaning liquid. Therefore, by providing the hole 320 at the bottom of the cleaning tank 206 and allowing the nozzle 22 to move up and down inside the hole 320, it is possible to clean the target nozzle cleaning range with a smaller liquid level.

例えば、洗浄液量を抑えるために、振動ヘッド先端部210の高さを短くする場合や、洗浄槽206の水位Laをさらに低くする場合、または液量を変える、変えないにかかわらずノズル22の洗浄範囲を広げたい場合に穴320を設ければよい。本実施例においては、振動ヘッド先端部210は洗浄槽206内の定在波によって振動を増幅するが、振動ヘッド先端部210の円筒孔211の直下には超音波の伝播があまりないため、円筒孔211直下に穴320を設けた場合でも、図4の構成と同様に定在波による振動ヘッド209の振動増幅効果が得られる。ノズル22を洗浄するためには、円筒孔211と同程度の2〜4mmの直径であれば良く、深さはノズルの洗浄範囲次第であり、例えば洗浄範囲を2〜3mm増やす場合には3〜4mmの深さとすれば良い。 For example, in order to reduce the amount of cleaning liquid, the height of the vibrating head tip 210 is shortened, the water level La of the cleaning tank 206 is further lowered, or the nozzle 22 is cleaned regardless of whether or not the liquid amount is changed. The hole 320 may be provided when it is desired to widen the range. In the present embodiment, the vibrating head tip 210 amplifies the vibration by the standing wave in the cleaning tank 206. However, since there is not much ultrasonic wave propagation immediately below the cylindrical hole 211 of the vibrating head tip 210, the vibration head has a cylindrical shape. Even when the hole 320 is provided immediately below the hole 211, the vibration amplification effect of the vibration head 209 by the standing wave can be obtained as in the configuration of FIG. In order to clean the nozzle 22, a diameter of 2 to 4 mm, which is similar to that of the cylindrical hole 211, may be used, and the depth depends on the cleaning range of the nozzle. The depth may be 4 mm.

制御部28の装置シーケンスにしたがって、サンプル分注機構15は底に穴320を設けた洗浄槽206で洗浄するときには、ノズル22を振動ヘッド先端部210の円筒孔211に挿入し、超音波振動子205を駆動したあと(超音波振動子205を駆動後にノズル22を挿入してもよい)で、円筒孔211にノズル22の洗浄範囲が入るようにノズル22を上下移動させる。ノズル22を移動することで、少ない液量で広範囲の洗浄が可能となる。制御部は、ノズル22の先端側を先に洗浄するか根元側を先に洗浄するかなどの順番を決める。また、例えばノズル22の先端側に汚れが蓄積しやすいことが分かっていれば、ノズル22先端側の洗浄時間を延ばし、根元側の洗浄時間を短くするなどの調整することもできる。 According to the device sequence of the control unit 28, when the sample dispensing mechanism 15 performs cleaning in the cleaning tank 206 having the hole 320 at the bottom, the nozzle 22 is inserted into the cylindrical hole 211 of the vibrating head tip 210, and the ultrasonic transducer is inserted. After driving 205 (the nozzle 22 may be inserted after driving the ultrasonic transducer 205), the nozzle 22 is moved up and down so that the cleaning range of the nozzle 22 enters the cylindrical hole 211. By moving the nozzle 22, it is possible to clean a wide range with a small amount of liquid. The control unit determines the order of whether to wash the tip side of the nozzle 22 first or the root side first. Further, for example, if it is known that dirt easily accumulates on the tip side of the nozzle 22, the cleaning time on the tip side of the nozzle 22 can be extended and the cleaning time on the root side can be shortened.

図7A〜Cは洗浄槽206の底部に傾斜穴を設けた例である。図7Aは洗浄槽206の斜視図、図7Bは上面図、図7CはB−B’(図7B)に沿った断面図である。図6の実施例と同様に洗浄液を低減するために、その底部に部分的に、その底面が洗浄槽の底面に対して傾斜した傾斜穴501を設けるが、さらに洗浄槽206の裏面にも傾斜穴501と同じ傾斜角の傾斜穴502を有している(すなわち底面503と上面504とは平行な関係にある)。振動ヘッド先端部210のZ方向の振動によって発生する超音波は、洗浄槽206を透過し、洗浄槽裏面の傾斜穴502にある空気層で反射する。このとき、超音波の反射角度は、傾斜穴501の底面503の傾斜角度によって決まるため、この傾斜角度を調整することで傾斜穴501の上方にある振動ヘッド先端部210の円筒孔211に超音波を反射させることが可能である。これにより、X方向の振動により発生した超音波に加えて、Z方向の振動により発生した超音波も振動ヘッド先端部210の円筒孔211に導入されることで、円筒孔211内の超音波強度が高まりキャビテーションが集中的に発生することにより、高い洗浄効果を得ることができる。例えば、液位6mm、駆動周波数50kHzの場合、板厚3mm、傾斜角度15度で振動ヘッド先端部210に対して、超音波の反射が効果的に行える。 7A to 7C are examples in which an inclined hole is provided at the bottom of the cleaning tank 206. 7A is a perspective view of the cleaning tank 206, FIG. 7B is a top view, and FIG. 7C is a sectional view taken along line B-B′ (FIG. 7B). Similar to the embodiment of FIG. 6, in order to reduce the cleaning liquid, an inclined hole 501 whose bottom surface is inclined with respect to the bottom surface of the cleaning tank is partially provided at the bottom of the cleaning tank. It has an inclined hole 502 with the same inclination angle as the hole 501 (that is, the bottom surface 503 and the top surface 504 are in a parallel relationship). The ultrasonic waves generated by the vibration of the vibrating head tip 210 in the Z direction are transmitted through the cleaning tank 206 and reflected by the air layer in the inclined hole 502 on the rear surface of the cleaning tank. At this time, the reflection angle of the ultrasonic wave is determined by the inclination angle of the bottom surface 503 of the inclined hole 501. Therefore, by adjusting this inclination angle, the ultrasonic wave is generated in the cylindrical hole 211 of the vibrating head tip 210 above the inclined hole 501. Can be reflected. As a result, in addition to the ultrasonic waves generated by the vibration in the X direction, the ultrasonic waves generated by the vibration in the Z direction are also introduced into the cylindrical hole 211 of the vibrating head tip portion 210, so that the ultrasonic wave intensity in the cylindrical hole 211 is increased. As a result, the cavitation is concentrated and cavitation occurs intensively, so that a high cleaning effect can be obtained. For example, when the liquid level is 6 mm and the driving frequency is 50 kHz, ultrasonic waves can be effectively reflected on the vibrating head tip 210 with a plate thickness of 3 mm and an inclination angle of 15 degrees.

この場合、傾斜穴501の底面503に垂直な軸に沿って洗浄液の長さLa”、傾斜穴501と傾斜穴502との距離Lb”として、
L”=La”+Lb”=(λ/4)×n(λ:超音波の1波長、n:整数)
という関係が成立するように設定する。厳密には、傾斜穴501の底面503と水面とが平行でないため、計測する位置によってLa”の長さが厳密には異なるが、この程度の差は無視できるものである。また、洗浄液等を供給する管は、傾斜穴501、傾斜穴502以外の部分に設ける。また、傾斜穴502の下部をさらに金属や樹脂で覆ったとしても、超音波は傾斜穴502の空気で反射することから、前述の超音波の反射機能を害すことはない。さらに、傾斜穴502に代えて傾斜穴502の上面504と同じ位置に金属部材を埋め込むことでも同様の効果を得ることができる。
In this case, as the cleaning liquid length La″ along the axis perpendicular to the bottom surface 503 of the inclined hole 501 and the distance Lb″ between the inclined hole 501 and the inclined hole 502,
L″=La″+Lb″=(λ/4)×n (λ: 1 wavelength of ultrasonic wave, n: integer)
Set so that the relationship is established. Strictly speaking, since the bottom surface 503 of the inclined hole 501 and the water surface are not parallel to each other, the length of La″ is strictly different depending on the measurement position, but the difference of this degree can be ignored. The supply pipe is provided in a portion other than the inclined hole 501 and the inclined hole 502. Further, even if the lower portion of the inclined hole 502 is further covered with metal or resin, ultrasonic waves are reflected by the air in the inclined hole 502, The ultrasonic wave reflection function described above is not impaired, and a similar effect can be obtained by embedding a metal member at the same position as the upper surface 504 of the inclined hole 502 instead of the inclined hole 502.

図8は洗浄槽206の上面にカバーを追加した例である。超音波振動子205を駆動すると、液の状態によっては振動ヘッド209や振動ヘッド先端部210から洗浄液が周囲に飛散する可能性がある。そのため、洗浄槽206の上面にカバー510を設けることが望ましい。カバー510を洗浄槽206内の洗浄液と接する位置に設置した場合、前述の定在波が発生する条件は、カバー510を金属で作った場合、カバー510の洗浄槽206内の面からエアータンク301までの距離がLとなり、このLをλ/4となるように設計する必要がある。液面にカバー510を設けることで、振動ヘッド209の振動により発生する液面の揺れや液のせり上がりによる液位の変化の影響を受けずに、洗浄槽206内の洗浄液に定在波を発生することが可能となる。 FIG. 8 shows an example in which a cover is added to the upper surface of the cleaning tank 206. When the ultrasonic oscillator 205 is driven, the cleaning liquid may be scattered from the vibrating head 209 or the vibrating head tip portion 210 to the surroundings depending on the state of the liquid. Therefore, it is desirable to provide the cover 510 on the upper surface of the cleaning tank 206. When the cover 510 is installed at a position in contact with the cleaning liquid in the cleaning tank 206, the above-mentioned standing wave is generated under the condition that when the cover 510 is made of metal, the air tank 301 is removed from the surface of the cover 510 inside the cleaning tank 206. The distance up to is L, and it is necessary to design this L to be λ/4. By providing the cover 510 on the liquid surface, a standing wave is applied to the cleaning liquid in the cleaning tank 206 without being affected by the fluctuation of the liquid surface caused by the vibration of the vibrating head 209 and the change of the liquid level due to the rising of the liquid. Can occur.

カバー510には、ノズル22を挿入するためのノズル挿入口512が必要であるが、図6の洗浄槽206の底に穴320を設けたときと同様に、振動ヘッド先端部210にある円筒状の孔211の上部は超音波の反射の影響が低いため、部分的な穴が設けてあっても問題ない。また、洗浄液をオーバーフローするために設ける穴は、振動ヘッド先端部210と重ならない位置に設けることで、超音波の反射に影響することはない。なお、空気面で反射するので、カバー510を樹脂製とすることも可能である。 The cover 510 needs a nozzle insertion port 512 for inserting the nozzle 22, but like the case where the hole 320 is provided at the bottom of the cleaning tank 206 in FIG. The upper part of the hole 211 is less affected by the reflection of ultrasonic waves, so that there is no problem even if a partial hole is provided. Further, since the hole provided for overflowing the cleaning liquid is provided at a position that does not overlap the vibrating head tip portion 210, it does not affect the reflection of ultrasonic waves. Since it reflects on the air surface, the cover 510 can be made of resin.

図9は超音波洗浄器26の配管構成の一例である。洗浄槽206には洗浄液を供給する管302と洗浄器メンテナンス用に水を排出する管701があり、それぞれ接続部702を介してチューブ703と接続されている。チューブ703は、洗浄液の供給にも利用できる耐薬品性の材質で、複数の電磁弁704、切り替え弁705、シリンジポンプ706とつながる。洗浄液は洗浄液タンク707に貯められており、超音波洗浄器26の利用頻度によって異なるが、定期的に補充が必要である。また、水はリザーバタンク708に貯められるが、上水と接続する配管709と接続することで自動的に補充される。 FIG. 9 is an example of a piping configuration of the ultrasonic cleaner 26. The cleaning tank 206 has a pipe 302 for supplying a cleaning liquid and a pipe 701 for discharging water for maintenance of the cleaning device, each of which is connected to a tube 703 via a connecting portion 702. The tube 703 is made of a chemical-resistant material that can also be used for supplying the cleaning liquid, and is connected to the plurality of electromagnetic valves 704, the switching valve 705, and the syringe pump 706. The cleaning liquid is stored in the cleaning liquid tank 707 and needs to be replenished periodically, although it depends on the frequency of use of the ultrasonic cleaning device 26. Water is stored in the reservoir tank 708, but is automatically replenished by connecting it to the pipe 709 for connecting to clean water.

以上の構成の配管を有する超音波洗浄器26は、ノズル22を洗浄する前後に洗浄槽206内の洗浄液をオーバーフローによって交換する。そのため、切り替え弁705を洗浄液側配管に切り替えたあと、電磁弁704aと閉じ、電磁弁704bを開けた状態でシリンジポンプ706を負圧とする動作を行いチューブ703内に洗浄液タンク707から洗浄液を引き込む。その後、電磁弁704aを開け、電磁弁704bを閉じ、シリンジポンプ706を正圧とする動作を行いチューブ703内の洗浄液を洗浄槽206内に押し出す。以上の動作によって洗浄槽206内に新しい洗浄液が供給され、洗浄槽206内にあった洗浄液をオーバーフローで排出し交換することができる。また、洗浄槽206内に水を供給する場合も同様に、切り替え弁705を水側の配管に切り替え、電磁弁704c、704dの開閉とシリンジポンプ706の動作によって、洗浄槽206内に水を供給できる。以上のように、1つのシリンジポンプ706の動作によって水と洗浄液をそれぞれ洗浄槽206内に供給可能である。 The ultrasonic cleaner 26 having the above-described piping replaces the cleaning liquid in the cleaning tank 206 by overflow before and after cleaning the nozzle 22. Therefore, after the switching valve 705 is switched to the cleaning liquid side pipe, the cleaning liquid is drawn from the cleaning liquid tank 707 into the tube 703 by performing the operation of closing the electromagnetic valve 704a and closing the electromagnetic valve 704b to make the syringe pump 706 a negative pressure. .. Then, the solenoid valve 704a is opened, the solenoid valve 704b is closed, and the syringe pump 706 is operated to a positive pressure to push the washing liquid in the tube 703 into the washing tank 206. By the above operation, a new cleaning liquid is supplied into the cleaning tank 206, and the cleaning liquid in the cleaning tank 206 can be discharged and replaced by overflow. Similarly, when water is supplied into the cleaning tank 206, the switching valve 705 is switched to the water side pipe, and water is supplied into the cleaning tank 206 by opening/closing the solenoid valves 704c and 704d and operating the syringe pump 706. it can. As described above, water and the cleaning liquid can be supplied into the cleaning tank 206 by the operation of one syringe pump 706.

自動分析装置10がサンプルの検査処理を行っているときは、ノズル22の洗浄を繰り返すため、短時間に洗浄液の交換動作が繰り返されるため、切り替え弁705は洗浄液側の配管に切り替えた状態とする。自動分析装置10がサンプルの検査処理を終え、スタンバイ状態になる前に、切り替え弁705を水側の配管に切り替え、一定量の水を振動ヘッド209に向けて排出することで、振動ヘッド209に付着している洗浄液や汚れを洗い流し、洗浄液が乾燥によって析出することを防ぐことができ、人手によるメンテナンスが不要となる。また、一定期間使用しない(例えば検査のない祝日など)ときに洗浄槽206内の洗浄液を水に置き換えることも可能である。かかる制御も、図1Dに示した制御部28の装置シーケンス処理部612の制御により実施される。 When the automatic analyzer 10 is inspecting the sample, the cleaning of the nozzle 22 is repeated, and the cleaning liquid replacement operation is repeated in a short time. Therefore, the switching valve 705 is switched to the cleaning liquid side pipe. .. Before the automatic analyzer 10 finishes the inspection process of the sample and enters the standby state, the switching valve 705 is switched to the water side pipe, and a certain amount of water is discharged toward the vibrating head 209, so that the vibrating head 209 is discharged. The adhered cleaning liquid and dirt can be washed away, and the cleaning liquid can be prevented from depositing due to drying, which eliminates the need for manual maintenance. Further, it is also possible to replace the cleaning liquid in the cleaning tank 206 with water when it is not used for a certain period of time (for example, a holiday without inspection). Such control is also performed by the control of the device sequence processing unit 612 of the control unit 28 illustrated in FIG. 1D.

以上説明した超音波洗浄器26によれば、超音波を透過する材質の洗浄槽206の液面とエアータンク301等の反射材との間の超音波反射による定在波を少ない液位で発生可能とし、これにより振動ヘッド209の振動を増幅できることにより、洗浄液にキャビテーションを集中的に発生しノズル22を効果的に洗浄することが可能になる。これにより、ノズル22に付着した別サンプルをキャリーオーバすることなく高い検査精度の検査装置、分析装置を提供することができる。 According to the ultrasonic cleaning device 26 described above, a standing wave is generated at a low liquid level due to ultrasonic reflection between the liquid surface of the cleaning tank 206 made of a material that transmits ultrasonic waves and the reflective material such as the air tank 301. By making it possible to amplify the vibration of the vibrating head 209, it is possible to intensively generate cavitation in the cleaning liquid and effectively clean the nozzle 22. This makes it possible to provide an inspection device and an analysis device with high inspection accuracy without carrying over another sample attached to the nozzle 22.

本実施例では、生化学自動分析装置のサンプル分注を例に説明したが、本発明の超音波洗浄器は試薬分注ノズルや免疫自動分析装置の分注ノズルなど、他の臨床検査装置の分注ノズルにおいても同様に洗浄可能である。 In the present embodiment, the sample dispensing of the biochemical automatic analyzer was described as an example, but the ultrasonic cleaner of the present invention has a reagent dispensing nozzle and a dispensing nozzle of the immuno-automatic analyzer such as other clinical testing devices. Similarly, the dispensing nozzle can be cleaned.

10:自動分析装置、11:試薬容器、12:試薬ディスク、13:反応ディスク、14:試薬分注機構、15:サンプル分注機構、21:試薬用ノズル、22:サンプル用ノズル、23:サンプル容器、24:サンプルラック、25:反応セル、26:超音波洗浄器、27:洗浄槽、28:制御部、29:測定部、201:フロントマス、202:バックマス、203:圧電素子、204:ボルト、205:超音波振動子(ボルト締めランジュバン振動子)、206:洗浄槽、207:ベース部、208:フランジ部、209:振動ヘッド、210:振動ヘッド先端部、211:円筒孔、212:洗浄液供給配管、213:液受け、214:排水路、220:振動ヘッド先端長さ、301:エアータンク、302:液供給管、310:液のせり上がり、320:穴、401:波形、402:波形、410:振動ヘッドの共振点、411:超音波振動子の共振点、501:洗浄槽底部の傾斜穴、502: 洗浄槽裏面の傾斜穴、503:傾斜穴501の底面、504:傾斜穴502の上面、510:カバー、512:ノズル挿入口、600:装置操作・表示部、601:分析実行操作部、602:洗浄器状態表示部、611:上位通信処理部、612:装置シーケンス処理部、613:シーケンスデータベース、614:分注機構制御部、615:モータ制御部、616:モータ駆動部、617:洗浄器制御部、618:超音波制御部、619:超音波駆動部、620:周波数調整部、621:ポンプ制御部、622:ポンプ駆動部、701:水排出用管、702:接続部、703:チューブ、704:電磁弁、705:切り替え弁、706:シリンジポンプ、707:洗浄液タンク、708:リザーバタンク、709:上水接続配管。 10: automatic analyzer, 11: reagent container, 12: reagent disc, 13: reaction disc, 14: reagent dispensing mechanism, 15: sample dispensing mechanism, 21: reagent nozzle, 22: sample nozzle, 23: sample Container, 24: sample rack, 25: reaction cell, 26: ultrasonic cleaner, 27: cleaning tank, 28: control unit, 29: measuring unit, 201: front mass, 202: back mass, 203: piezoelectric element, 204 : Bolt, 205: Ultrasonic transducer (Bolting Langevin transducer), 206: Cleaning tank, 207: Base portion, 208: Flange portion, 209: Vibrating head, 210: Vibrating head tip portion, 211: Cylindrical hole, 212 : Cleaning liquid supply pipe, 213: liquid receiver, 214: drainage channel, 220: vibrating head tip length, 301: air tank, 302: liquid supply pipe, 310: rising of liquid, 320: hole, 401: waveform, 402 : Waveform, 410: Resonance point of vibrating head, 411: Resonance point of ultrasonic transducer, 501: Inclined hole at bottom of cleaning tank, 502: Inclined hole at back of cleaning tank, 503: Bottom surface of inclined hole 501, 504: Inclined Top surface of hole 502, 510: cover, 512: nozzle insertion port, 600: device operation/display unit, 601: analysis execution operation unit, 602: washer state display unit, 611: upper communication processing unit, 612: device sequence processing Part, 613: sequence database, 614: dispensing mechanism control part, 615: motor control part, 616: motor drive part, 617: washer control part, 618: ultrasonic control part, 619: ultrasonic drive part, 620: Frequency adjustment unit, 621: Pump control unit, 622: Pump drive unit, 701: Water discharge pipe, 702: Connection unit, 703: Tube, 704: Solenoid valve, 705: Switching valve, 706: Syringe pump, 707: Washing liquid Tank, 708: reservoir tank, 709: clean water connection pipe.

Claims (15)

洗浄液をためる洗浄槽と、
超音波振動子と、
前記超音波振動子から前記洗浄槽に向けて延伸され、鉛直方向にその長手方向を有する円筒孔をその先端部に有する振動ヘッドと、
前記洗浄槽の下に、少なくとも前記振動ヘッドを鉛直方向に投影した領域に設けられた空気層または金属部材とを有し、
前記超音波振動子は、前記振動ヘッドが前記円筒孔の前記長手方向及び前記長手方向に垂直な方向の変形を伴う振動モードで共振振動する周波数で駆動され、
前記洗浄槽の底部のうち、少なくとも前記振動ヘッドを鉛直方向に投影した領域は樹脂を主たる成分とする材料で作製されており、
前記洗浄槽にためられる洗浄液の高さは、前記超音波振動子を駆動する周波数と音速とにより求められる波長の1/4よりも短い超音波洗浄器。
A cleaning tank for collecting cleaning liquid,
Ultrasonic transducer,
A vibrating head that extends from the ultrasonic vibrator toward the cleaning tank, and has a cylindrical hole having its longitudinal direction in the vertical direction at its tip.
Under the cleaning tank, at least an air layer or a metal member provided in a region where the vibrating head is projected in the vertical direction,
The ultrasonic transducer is driven at a frequency at which the vibrating head resonates in a vibration mode accompanied by deformation of the cylindrical hole in the longitudinal direction and a direction perpendicular to the longitudinal direction,
Of the bottom of the cleaning tank, at least the region in which the vibrating head is projected in the vertical direction is made of a material having a resin as a main component,
The height of the cleaning liquid stored in the cleaning tank is shorter than 1/4 of the wavelength required by the frequency for driving the ultrasonic transducer and the speed of sound.
請求項1において、
前記洗浄槽にためられる洗浄液の高さと前記洗浄槽の底面から前記空気層または前記金属部材までの距離との和は、前記超音波振動子を駆動する周波数と音速とにより求められる波長の1/4の整数倍として設定される超音波洗浄器。
In claim 1,
The sum of the height of the cleaning liquid stored in the cleaning tank and the distance from the bottom surface of the cleaning tank to the air layer or the metal member is 1/wavelength obtained by the frequency driving the ultrasonic transducer and the speed of sound. Ultrasonic cleaner set as an integer multiple of 4.
請求項2において、
前記洗浄槽の側壁の一部または全周に接する液受けを有し、
前記洗浄槽にためられる洗浄液の高さは、前記洗浄槽の底面から前記液受けに接する前記洗浄槽の側壁の上端までの高さにより定められる超音波洗浄器。
In claim 2,
Having a liquid receiver in contact with part or all of the side wall of the cleaning tank,
The height of the cleaning liquid stored in the cleaning tank is determined by the height from the bottom surface of the cleaning tank to the upper end of the side wall of the cleaning tank in contact with the liquid receiver.
請求項3において、
前記洗浄槽に洗浄液を供給する管を有し、
前記管は、前記洗浄槽の底面において、前記振動ヘッドを鉛直方向に投影した領域内に開口され、
前記空気層または前記金属部材は、前記管の周囲に配置される超音波洗浄器。
In claim 3,
A pipe for supplying a cleaning liquid to the cleaning tank,
The pipe is opened in a region where the vibrating head is vertically projected on the bottom surface of the cleaning tank.
The ultrasonic cleaner in which the air layer or the metal member is disposed around the pipe.
請求項2において、
前記洗浄槽の底面において、前記振動ヘッドの前記先端部の前記円筒孔を鉛直方向に投影した領域内に穴が設けられている超音波洗浄器。
In claim 2,
An ultrasonic cleaner in which a hole is provided in a region in which the cylindrical hole of the tip portion of the vibrating head is vertically projected on the bottom surface of the cleaning tank.
請求項2において、
前記洗浄槽の底面において、その底面が前記洗浄槽の底面に対して傾斜した傾斜穴を有し、
前記傾斜穴の下に、前記傾斜穴の底面と平行な上面をもつ空気層または前記傾斜穴の底面と平行な面に沿って設けられた金属部材を有する超音波洗浄器。
In claim 2,
In the bottom surface of the cleaning tank, the bottom surface has an inclined hole inclined with respect to the bottom surface of the cleaning tank,
An ultrasonic cleaner having an air layer having an upper surface parallel to the bottom surface of the inclined hole or a metal member provided along the surface parallel to the bottom surface of the inclined hole under the inclined hole.
請求項4において、
前記洗浄槽の側面に前記洗浄槽を洗浄する水を供給する管を有する超音波洗浄器。
In claim 4,
An ultrasonic cleaner having a pipe for supplying water for cleaning the cleaning tank to a side surface of the cleaning tank.
請求項4において、
前記洗浄槽の前記側壁の前記上端に設けられたカバーを有し、
前記カバーに上記振動ヘッドの先端部と重ならない位置に、上記洗浄液をオーバーフローするための穴を設ける超音波洗浄器。
In claim 4,
A cover provided on the upper end of the side wall of the cleaning tank,
An ultrasonic cleaner in which a hole for overflowing the cleaning liquid is provided in the cover at a position where it does not overlap the tip of the vibrating head.
洗浄液をためる洗浄槽と、
超音波振動子と、
前記超音波振動子から前記洗浄槽に向けて延伸され、鉛直方向にその長手方向を有する円筒孔をその先端部に有する振動ヘッドとを有し、
前記超音波振動子は、前記振動ヘッドが共振振動する周波数で駆動され、
前記洗浄槽はその一部または全部が樹脂を主たる成分とする材料で作製されており、
前記振動ヘッドが共振振動するときの前記振動ヘッドの変形方向に対して、前記樹脂を主たる成分とする材料で作製された洗浄槽部分を介して、前記振動ヘッドが共振振動することによって生じる超音波の振動の腹となる領域から前記超音波振動子を駆動する周波数と音速とにより求められる波長の1/4の整数倍の距離に空気層または金属部材を有する超音波洗浄器。
A cleaning tank for collecting cleaning liquid,
Ultrasonic transducer,
A vibrating head that extends from the ultrasonic transducer toward the cleaning tank, and has a cylindrical hole having its longitudinal direction in the vertical direction at its tip.
The ultrasonic transducer is driven at a frequency at which the vibrating head resonates and vibrates,
The cleaning tank is partly or wholly made of a material having a resin as a main component,
Ultrasonic waves generated by resonant vibration of the vibrating head through a cleaning tank portion made of a material containing the resin as a main component with respect to a deformation direction of the vibrating head when the vibrating head resonates and vibrates. An ultrasonic cleaner having an air layer or a metal member at a distance that is an integral multiple of 1/4 of the wavelength obtained from the frequency for driving the ultrasonic vibrator and the speed of sound from the region serving as the antinode of the vibration.
請求項9において、
前記洗浄槽の前記樹脂を主たる成分とする材料で作製された側壁の一部または全周に接する液受けを有し、
前記超音波振動子は、前記振動ヘッドが前記円筒孔の前記長手方向に垂直な方向の変形を伴う振動モードで共振振動する周波数で駆動され、
前記液受けの空気層が、前記振動ヘッドが共振振動することによって生じる超音波の振動の腹となる領域から前記超音波振動子を駆動する周波数と音速とにより求められる波長の1/4の整数倍の距離に位置する超音波洗浄器。
In claim 9,
Having a liquid receiver in contact with a part or the whole circumference of a side wall made of a material containing the resin as a main component of the cleaning tank,
The ultrasonic transducer is driven at a frequency at which the vibrating head resonates in a vibration mode accompanied by deformation of the cylindrical hole in a direction perpendicular to the longitudinal direction,
The air layer of the liquid receiver is an integer of 1/4 of the wavelength obtained by the frequency and sonic velocity of driving the ultrasonic vibrator from the region where the vibration head resonates and becomes an antinode of the vibration of ultrasonic waves. Ultrasonic cleaner located at double the distance.
請求項9において、
前記超音波振動子は、前記振動ヘッドが前記円筒孔の前記長手方向及び前記長手方向に垂直な方向の変形を伴う振動モードで共振振動する周波数で駆動され、
前記洗浄槽の底部のうち、少なくとも前記振動ヘッドを鉛直方向に投影した領域は前記樹脂を主たる成分とする材料で作製されており、
前記洗浄槽の下の少なくとも前記振動ヘッドを鉛直方向に投影した領域において、前記振動ヘッドが共振振動することによって生じる超音波の振動の腹となる領域から前記超音波振動子を駆動する周波数と音速とにより求められる波長の1/4の整数倍の距離に前記空気層または前記金属部材が設けられる超音波洗浄器。
In claim 9,
The ultrasonic transducer is driven at a frequency at which the vibrating head resonates in a vibration mode accompanied by deformation of the cylindrical hole in the longitudinal direction and a direction perpendicular to the longitudinal direction,
Of the bottom of the cleaning tank, at least the region where the vibrating head is projected in the vertical direction is made of a material having the resin as a main component,
In at least the area under the cleaning tank where the vibrating head is projected in the vertical direction, the frequency and the speed of sound that drive the ultrasonic transducer from the area that is the antinode of the vibration of the ultrasonic waves generated by the resonant vibration of the vibrating head. An ultrasonic cleaner in which the air layer or the metal member is provided at a distance that is an integral multiple of 1/4 of the wavelength obtained by.
請求項9において、
前記洗浄槽の側面に前記洗浄槽を洗浄する水を供給する管を有する超音波洗浄器。
In claim 9,
An ultrasonic cleaner having a pipe for supplying water for cleaning the cleaning tank to a side surface of the cleaning tank.
請求項1〜12のいずれか一項に記載の超音波洗浄器と、
サンプルを吸引するノズルを有するサンプル分注機構と、
前記超音波洗浄器とサンプル分注機構とを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記ノズルを前記超音波洗浄器の前記振動ヘッドの前記円筒孔に挿入して、前記超音波洗浄器の前記超音波振動子を前記周波数で駆動させることにより、前記ノズルの洗浄を行う自動分析装置。
An ultrasonic cleaner according to any one of claims 1 to 12,
A sample dispensing mechanism having a nozzle for sucking the sample,
A control unit for controlling the ultrasonic cleaner and the sample dispensing mechanism is provided,
The controller cleans the nozzle by inserting the nozzle into the cylindrical hole of the vibrating head of the ultrasonic cleaner and driving the ultrasonic vibrator of the ultrasonic cleaner at the frequency. Automatic analyzer for performing.
請求項7の超音波洗浄器と、
サンプルを吸引するノズルを有するサンプル分注機構と、
前記超音波洗浄器とサンプル分注機構とを制御する制御部とを備え、
検査を行うモード以外のタイミングで、前記洗浄槽の側面に設けられた管より水を前記超音波洗浄器の前記振動ヘッドに向けて排出し、前記振動ヘッドの洗浄を行う自動分析装置。
An ultrasonic cleaner according to claim 7,
A sample dispensing mechanism having a nozzle for sucking the sample,
A control unit for controlling the ultrasonic cleaner and the sample dispensing mechanism is provided,
An automatic analyzer that cleans the vibrating head by discharging water toward the vibrating head of the ultrasonic cleaner from a pipe provided on the side surface of the cleaning tank at a timing other than the inspection mode.
請求項12の超音波洗浄器と、
サンプルを吸引するノズルを有するサンプル分注機構と、
前記超音波洗浄器とサンプル分注機構とを制御する制御部とを備え、
検査を行うモード以外のタイミングで、前記洗浄槽の側面に設けられた管より水を前記超音波洗浄器の前記振動ヘッドに向けて排出し、前記振動ヘッドの洗浄を行う自動分析装置。
An ultrasonic cleaner according to claim 12,
A sample dispensing mechanism having a nozzle for sucking the sample,
A control unit for controlling the ultrasonic cleaner and the sample dispensing mechanism is provided,
An automatic analyzer that cleans the vibrating head by discharging water toward the vibrating head of the ultrasonic cleaner from a pipe provided on the side surface of the cleaning tank at a timing other than the inspection mode.
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